Le mercure dans les collections du patrimoine technique et industriel : problématiques de conservation

Texte intégral

(1)Haute école d’arts appliqués Arc Filière : Conservation – restauration Orientation : objets scientifiques, techniques et horlogers. LE MERCURE DANS LES COLLECTIONS DU PATRIMOINE TECHNIQUE ET INDUSTRIEL. : PROBLEMATIQUES DE. CONSERVATION. Antonin TARCHINI. MEMOIRE REMIS LE 15 SEPTEMBRE 2006. 1.

(2) 2.

(3) REMERCIEMENTS Par la présente, je tiens à remercier les personnes et institutions suivantes qui m’ont permises de mener à bien mon travail d’investigation : -. M. Christian Degrigny (chercheur) qui en qualité de mentor m’a soutenu et aidé tout au long de mon travail et m’a permis de réaliser divers contacts d’une grande utilité;. -. Mme Maria da Luz Sampaio (Directrice du musée de la science et de l’industrie) pour m’avoir accepté dans ce musée et mis à disposition l’ensemble de redresseurs à vapeur de mercure ainsi que pour son soutient technique et pour la confiance qu’elle m’a accordée tout au long de ce stage. Egalement pour son amitié et sa compagnie lors des nombreux repas partagés;. -. Mme Maria Manuel Branco et Mme Armandina Silva pour leur disponibilité, leurs conseils ainsi que leur agréable compagnie ;. -. Mme Paula Menino Homem (professeur en conservation-restauration à l’université de Porto) pour les contacts indispensables (faculté des sciences) qu’elle ma permis de réaliser ainsi que pour ses conseilles et sa participation ;. -. M. Carlos Manuel de Meio Pereira et Mme Ana Maria Teixeira Martins (professeurs à la faculté des sciences – département de chimie) pour avoir accepté de collaborer dans le cadre du travail d’investigation visant à identifier et quantifier la présence de mercure dans les poussières et l’air du musée de la science et de l’industrie ;. -. Diana Luisa da Silva Santos, Miriam Franco da Anunciação, Joana Sofia Pinheiro et Aníbal Filipe Silva (élèves en chimie à la faculté des sciences de Porto) pour la préparation des échantillons pour les analyses ainsi que leur patience lors des multiples essais insatisfaisants avec l’appareillage de spectroscopie d’absorption atomique ;. -. M. Antonio Pires de Matos (Ingénieur), Mme Augusta Moniz Lima (professeur assistante) et Mme Márcia Vilarigues (assistante) pour la réalisation des analyses de fluorescence X à la faculté des sciences et technologies de l’université nouvelle de Lisbonne – département de conservation – restauration. -. M. J. D. Markham (Ingénieur dans le domaine de la traction électrique) pour l’échange soutenu de courrier électronique m’ayant permis d’obtenir, au début de mon travail, des informations sur la technique et les problématiques spécifiques des redresseurs à vapeur de mercure à ampoule de verre ;. -. M. Jean Guy Guillot (chimiste) du centre toxicologique du Québec pour ses conseils, notamment en ce qui concerne la gestion de la problématique des poussières contaminées ;. -. L’entreprise Américaine SKC® pour m’avoir gracieusement offert des badges d’échantillonnage (passive Sampler) permettant l’analyse de la concentration de vapeur de mercure dans l’air ;. -. L’ONAL (Organisação National de Armamento de Lisboa) pour m’avoir gracieusement offert deux flacons de produit Ballistol ;. -. Toutes les personnes qui on répondus à mes questions spécifiques un moment ou à un autre de mon travail ;. -. Toutes les personnes qui de loin ou de près m’on soutenues et accompagnées.. 3.

(4) REMERCIEMENTS ..................................................................................................................3 RESUME ..................................................................................................................................9 ABSTRACT............................................................................................................................10 RESUMO................................................................................................................................12 1. INTRODUCTION ..........................................................................................................13. 2. LE MERCURE : SON UTILISATION ET SA TOXICITE ..............................................15 2.1. Rappels historiques ........................................................................................................... 15. 2.1.1. Découverte....................................................................................................................... 15. 2.1.2. Méthodes de production .................................................................................................. 16. 2.1.2.1 2.1.2.2 2.1.3. Premières utilisations ....................................................................................................... 21. 2.1.3.1 2.1.3.2. 2.2. Petites exploitations ................................................................................................ 16 Exploitation à grande échelle .................................................................................. 16. Applications pratiques ............................................................................................. 21 Des hypothèses alchimiques à la chimie moderne................................................. 22. Propriétés............................................................................................................................ 23. 2.2.1. Définition .......................................................................................................................... 24. 2.2.2. Mercure élémentaire ........................................................................................................ 24. 2.2.2.1 2.2.2.2 2.2.3. Composés du mercure et amalgame .............................................................................. 27. 2.2.3.1 2.2.3.2 2.2.3.3. 2.3. Propriétés physiques............................................................................................... 24 Propriétés chimiques............................................................................................... 26. Composés inorganiques ......................................................................................... 27 Composés Organiques ........................................................................................... 30 Amalgames ............................................................................................................. 30. Emploi du mercure dans le domaine de la technique et de l’industrie ........................ 31. 2.3.1. Instrumentation de mesure .............................................................................................. 31. 2.3.1.1 2.3.1.2 2.3.1.3 2.3.2. Pression .................................................................................................................. 32 Température ............................................................................................................ 33 Autres instruments de mesure ................................................................................ 34. Instrumentation electrique ............................................................................................... 35. 2.3.2.1. Interrupteur / contacts ............................................................................................. 35. 4.

(5) 2.3.2.2 2.3.2.3 2.3.2.4. Piles......................................................................................................................... 36 Eclairage ................................................................................................................. 36 Redresseurs à vapeur de mercure ......................................................................... 37. 2.3.3. Autres instruments utilisant du mercure .......................................................................... 38. 2.3.4. Procédés Industriels ........................................................................................................ 39. 2.4. Toxicité du mercure ........................................................................................................... 39. 2.4.1. Découverte et conséquences .......................................................................................... 39. 2.4.2. Données toxicologiques................................................................................................... 41. 2.4.2.1 2.4.2.2 2.4.2.3 2.4.3. Méthodes de détection .................................................................................................... 45. 2.4.3.1 2.4.3.2 2.4.4 2.5. Le mercure élémentaire .......................................................................................... 41 Les composés inorganiques ................................................................................... 43 Les composés organiques ...................................................................................... 44. Symptômes ............................................................................................................. 45 Analyses .................................................................................................................. 45. Autres dangers................................................................................................................. 47 Organes de gestion............................................................................................................ 47. 2.5.1. Situation générale ............................................................................................................ 47. 2.5.2. Réglementations, normes, mesures ................................................................................ 48. 2.5.2.1 2.5.2.2 2.5.2.3. 2.6. Les systèmes de protection .............................................................................................. 53. 2.6.1. Prévention ........................................................................................................................ 54. 2.6.1.1 2.6.1.2 2.6.1.3 2.6.2. 2.6.3. Stockage ................................................................................................................. 54 Manipulation ............................................................................................................ 55 Protection personnelle ............................................................................................ 55. Systèmes de contrôle ...................................................................................................... 56. 2.6.2.1 2.6.2.2. 3. Commerce du mercure ........................................................................................... 48 Instrumentation comportant du mercure ................................................................. 49 Normes relatives à l’exposition humaine ................................................................ 51. Méthodes de détection directes .............................................................................. 56 Méthodes de détection indirectes ........................................................................... 60. Gestion d’accident ........................................................................................................... 62. LE MERCURE DANS LES MUSEES ..........................................................................65 3.1 3.1.1. Les collections ................................................................................................................... 65 Types de collections – identification et évaluation des risques ....................................... 65. 5.

(6) 3.1.1.1 3.1.1.2 3.1.1.3 3.1.2 3.2. Problématiques de conservation-restauration – gestion des risques .............................. 69 Déontologie et législation ................................................................................................. 72. 3.2.1. De la necessité de conserver le mercure dans les collections ........................................ 72. 3.2.2. Application de la législation dans les musées ................................................................. 72. 4. ETUDE DE CAS : REDRESSEURS A VAPEUR DE MERCURE ...............................73 4.1. Historique technique des redresseurs à vapeur de mercure ....................................... 74. 4.1.1. Définition .......................................................................................................................... 74. 4.1.2. Données Historiques ....................................................................................................... 75. 4.1.3. Technique ........................................................................................................................ 77. 4.1.3.1 4.1.3.2. 4.2. Ampoule à mercure ................................................................................................. 77 Redresseurs à vapeur de mercure à cuve métallique ............................................ 88. Les trois redresseurs « Hackbridge & Hewittic” ........................................................... 91. 4.2.1. Historique de la marque ................................................................................................... 91. 4.2.1.1 4.2.1.2 4.2.1.3 4.2.2. 4.2.3. Peter Cooper Hewitt et la lampe à vapeur de mercure ........................................... 91 Les premiers redresseurs à vapeur de mercure ..................................................... 92 Période de production ............................................................................................. 93. Contexte historique .......................................................................................................... 93. 4.2.2.1 4.2.2.2 4.2.2.3 4.2.2.4. Le service des transports collectifs de Porto .......................................................... 94 Période de fonctionnement de l’appareillage .......................................................... 94 Période d’abandon de l’appareillage....................................................................... 95 Historique du musée de la science et de l’industrie ................................................ 96. Approche pratique de l’appareillage ................................................................................ 98. 4.2.3.1 4.2.3.2 4.2.3.3 4.2.3.4. 5. Patrimoine technique et industriel ........................................................................... 65 Autres types de patrimoines ................................................................................... 67 Identification et évaluation des risques ................................................................... 68. Description technique.............................................................................................. 98 Identification du risque .......................................................................................... 101 Evaluation du risque.............................................................................................. 114 Gestion du risque .................................................................................................. 130. 4.3. Approche systématique pour ce type d’appareillage .................................................. 141. 4.4. Possibilité de remise en fonctionnement pour ce type d’appareillage ...................... 142. CONCLUSION ...........................................................................................................144. 6.

(7) 6. 7. BIBLIOGRAPHIE .......................................................................................................146 6.1. Références citées............................................................................................................. 146. 6.2. Références non citées ..................................................................................................... 153. ANNEXES ..................................................................................................................155 A1 - Liste des minéraux contenant du mercure.......................................................................... 157 A2 - Liste des piles et leur contenance en mercure ................................................................... 159 A3 - Fiches internationales de sécurité pour le mercure et ses principaux composés ......... 161 A4 - Tableau des principales instances compétentes dans la gestion du mercure ............... 175 A5 – Proposition de location pour appareil Jerome 431-X Mercury Analyser ........................ 179 A6 - Tableau représentant diverses méthodes de détection directe pour la mesure de la concentration en vapeur de mercure dans l’air.......................................................................... 181 A7 - Protocoles pour la mesure de la concentration en vapeur de mercure dans l’air .......... 183 A8 - Illustration de la série des ampoules Hackbridge & Hewittic, pour redresseurs à vapeur de mercure, fabriquées dans les années 1950 .......................................................................... 191 A9 - Tableau illustrant diverses liaisons employées pour le scellement des électrodes sur les ampoules en verre de redresseurs à vapeur de mercure.......................................................... 193 A10 - Plan de la réserve du musée de la science et de l’industrie représentant la répartition de l’appareillage lié aux redresseurs à vapeur de mercure ...................................................... 195 A11 - Schéma représentant la répartition des particules de mercure sur les tableaux électriques 6 et 7 des redresseurs à vapeur de mercure du musée de la science et de l’industrie ........................................................................................................................................ 197 A12 - Liste des institutions contactées pour la réalisation d’analyses de laboratoire à Porto ......................................................................................................................................................... 199 A13 – Documentation sur les badges d’échantillonage et les spots test SKC®. pour la. détection de mercure..................................................................................................................... 201 A14 - Informations sur le matériel employé pour la réalisation des analyses de laboratoire (spectroscopie d’absorption atomique et fluorescence X) ....................................................... 211. 7.

(8) A15 - Spectres résultant des analyses de fluorescence X effectuées sur les produits d’altérations de nature blanche prélevés sur les ampoules des redresseurs ........................ 217 A16 - Protocole d’intervention pour l’extraction du mercure de l’ampoule cassée, du musée de la science et de l’industrie ....................................................................................................... 221 A17 - Description d’une réaction chimique survenue lors du ramassage des poussières contaminées dans le fond de la boîte en bois comportant l’ampoule cassée ........................ 225 A18 - Panneau d’avertissement réalisé pour les redresseurs à vapeur de mercure du musée de la science et de l’industrie ....................................................................................................... 229 A19 - Documentation, comportant les recommandations pour l’ensemble des redresseurs à vapeur de mercure, preparée pour la base de donées du musée de la science et de l’industrie ......................................................................................................................................................... 231 A20 - Fiches techniques du produit ballistol® et WD-40® ........................................................ 239 A21 – Lexiques : abreviations et termes techniques ................................................................. 253. 8.

(9) RESUME Le stage que j’ai pu mené au musée de la science et de l’industrie de Porto (Portugal), dans le cadre de ma formation de conservateur-restaurateur - spécialisation patrimoine technique et industriel - m’a conduit à découvrir la problématique de la conservation d’appareillages techniques renfermant de grandes quantités de substances toxiques (mercure). En effet, ce musée possède un ensemble de redresseurs à vapeur de mercure qui se présente sous la forme de plusieurs ampoules de verre de grandes dimensions possédant chacune des quantités de mercure importantes. L’état de conservation précaire de cet ensemble posait de nombreux problèmes techniques et déontologiques que je souhaitais aborder de manière la plus large possible afin de proposer une stratégie de conservationrestauration la plus adéquate. Ce travail a nécessité de s’intéresser au préalable au matériau mercure, à sa présence dans les collections techniques et industrielles et aux questions qu’il soulève sur la sécurité des personnes exposées à sa manipulation. Le mercure est un élément très anciennement connu. Pourtant son exploitation au niveau industriel est plus récente et est associée à son emploi massif au sein de la société. On le trouve sous différentes formes (Hg élémentaire, composés organiques et inorganiques, amalgames), chacune correspondant à des applications bien spécifiques. Les propriétés physiques uniques de l’élément mercure (état liquide à température ambiante, forte densité) le rendent indispensable dans le domaine des sciences et des appareillages techniques et scientifiques. En tant que composé avec d’autres éléments (oxygène, soufre, chlore, azote, etc.) le mercure est une composante essentielle dans le déroulement de nombreux procédés chimiques (catalyseur), mais également dans la constitution d’une variété importante de produits : pharmaceutique, médicament, armurerie, alimentation, conservateur, etc. Si le mercure a de nombreux atouts pour l’industrie et la société en général, il est par contre extrêmement toxique à la fois pour l’homme et son environnement. Bien que la forme organique du mercure semble être la plus dangereuse, sa forme élémentaire (métallique) est loin d’être inoffensive et les vapeurs inodores, incolores et extrêmement toxiques qui s’en dégagent facilement représentent un réel risque pour les personnes confrontées au mercure. La plupart des composés inorganiques du mercure représentent également un risque de santé pou l’être humain. Généralement, le niveau d’intoxication est dépendant de plusieurs facteurs tels que le type de composé, la quantité, la voie d’absorption ainsi que la sensibilité de la personne concernée. Les nombreuses études sur la toxicologie du mercure et de ses composés ont mené à la nécessité de développer des mesures préventives permettant de réduire l’exposition de l’être humain et de l’environnement. Ces mesures visent la réduction de l’utilisation de mercure, mais également le développement de systèmes de protection permettant de minimiser son impact dans les domaines où. 9.

(10) il n’existe pas encore de substituts suffisamment rentables. Les efforts fournis dans ce sens varient en fonction des pays, même si l’idée de base reste l’éradication plus au moins totale du mercure au niveau planétaire. La présence de mercure dans les musées rassemblant des objets techniques et scientifiques mais également des collections organiques traitées avec les composés du mercure représente un danger potentiel pour le personnel ainsi que le public, mais constitue également un patrimoine unique qu’il est de notre devoir de préserver. Dans le cadre de ce travail notre attention a porté essentiellement sur la problématique du mercure dans le domaine technique et industriel. La conservation de ce type d’appareillage nécessite donc le développement de stratégies spécifiques issues d’une collaboration entre les professionnels des musées et les instances impliquées dans la gestion du mercure. Les résultats du travail effectué sur l’ensemble des redresseurs à vapeur de mercure du musée de la science et de l’industrie de Porto permettent de confirmer l’existence de problématiques importantes pouvant, dans certains cas, représenter des risques réels d’intoxication. Ceci est le cas pour la présence de quantités importantes de mercure sur les surfaces (poussières) de tableaux électriques ainsi que pour l’identification de mercure non contenu dans une enceinte hermétique. Ces deux cas de figure sont considérés comme des formes de contamination et ils ont donné lieu à la réalisation d’une investigation plus approfondie. La confrontation directe à cette problématique qui nécessite des méthodes de gestion adaptées requiert une approche pluridisciplinaire. En fait ce travail a nécessité à la fois les compétences de conservateur-restaurateurs, d’ingénieurs spécialisés des systèmes considérés, d’experts en pollution industrielle mais également de chimistes pour les analyses menées sur site et en laboratoire. Sur la base des données rassemblées on a pu présenter une stratégie d’intervention sur les redresseurs à vapeur de mercure qui a permis à la fois de prévenir un risque important de déversement de mercure liquide, de nettoyer du matériel visiblement contaminé et d’assurer la conservation à moyen terme d’un ensemble de systèmes stockés dans des conditions inadéquates.. ABSTRACT The internship realized at the Museum of Science and Industry of Porto (Portugal) during my final year of studies at the HEAA-Arc (conservation-restoration - specialization in technical and industrial heritage) made me discover the conservation problems of technical artefacts containing large quantities of a toxic substance: mercury. This museum owns a group of mercury arc rectifiers composed of several large glass bulbs each one containing important quantities of mercury. The condition of these artefacts generates many technical and ethical problems that I wanted to address in order to propose an adequate conservation strategy. To begin with, it was necessary to study the material mercury, it’s presence in the technical and industrial collections and the security issues for museum staff (storage, manipulation).. 10.

(11) Mercury is an element that has been known for a long time. It’s exploitation at industrial level is more recent and represents a massive production. Mercury can be found under different forms (elementary (Hg°), organic (Ch3Hg+) and inorganic compounds (Hg+ and Hg2+), amalgams) depending on it’s specific application. The unique physical properties of mercury (liquid state at ambient temperature, strong density, good electrical conductivity) make it essential in the domain of scientific and technical instrumentation. Pure or combined with other elements (oxygen, sulfur, chlorine, nitrogen, etc.), mercury is an essential compound in many chemical processes (catalyst), but also in the constitution of various products: pharmaceutical, medicine, weapons, nutrition, preservatives, etc. Mercury has many benefits for the industry and society but it is also extremely poisonous for man and his environment. Although the organic form of mercury seems to be the most dangerous one, it’s elementary (metallic) form is far from being inoffensive. The odorless, colorless and extremely toxic vapors are easely released (at ambient temperature) and represent a real risk for people exposed to them. Most of the inorganic compounds also represent a health risk for humans. Generally, the intoxication level depends on several factors such as composition, quantity, the way of absorption, as well as the sensitiveness of the contaminated person. The study of the toxic aspects of mercury and its compounds leads to the development of preventive measures with the intention of reducing exposure to men and his environment. These measures aim at reducing the use of mercury, but also at developing protection systems to reduce it’s impact in domains where no viable substitutes exist. The ultimate goal is the elimination of the use of mercury at world level. However,. the application of such measures are variable according to the different. countries. The presence of mercury in museums mainly concerns technical and scientific objects but also organic collections treated with mercury compounds. Such collections are a potential danger for museum staffs, as well as for the public, but they also are a unique heritage that we have to preserve. This research project addresses the problems of mercury in technical and industrial collections and how it can be managed. It necessitates the development of specific strategies coming from a collaboration between museum professionals and institutions involved in mercury management. The obtained results from the study of the group of mercury arc rectifiers from the Museum of Science and Industry of Porto confirmed the presence of major problems with real intoxication risks. Large quantities of mercury on the surfaces of electric boards (dusts), as well as the presence of a broken glass bulb containing huge quantities of mercury were considered as contamination forms. They led to further in depth investigations. Part of this work required the competences of conservators, specialized engineers, experts in industrial pollution but also chemists for on site and laboratory analysis. On the basis of the obtained results it was possible to develop an intervention strategy on the mercury arc rectifiers. This strategy allowed to prevent an important risk of mercury spillage, to clean visibly. 11.

(12) contaminated equipment and surfaces and to assure the conservation of the artefacts previously stored in inadequate conditions.. RESUMO O estágio realizado no Museu de Ciência e Indústria do Porto (Portugal), durante o último ano da nossa formação na HEAA-Arc (Conservação e Restauro - Especialização em Património Técnico e Industrial), permitiu-nos descobrir os problemas de conservação colocados por objectos que contêm grandes quantidades de uma substância particularmente tóxica – o MERCÚRIO. Este Museu possui um grupo de rectificadores de vapor de mercúrio composto por várias âmpolas de vidro, contendo cada uma delas uma quantidade significativa deste metal. O estado de conservação destes objectos colocava vários problemas técnicos e deontológicos, os quais foram por nós estudados com o propósito de traçar uma estratégia de conservação. Inicialmente, começámos por estudar o mercúrio, a sua presença nas colecções técnicas e industriais e as questões ligadas à segurança do pessoal do museu (manipulação, armazenamento) e do seu público. O mercúrio é um elemento conhecido desde há muito tempo. A sua exploração a nível industrial é mais recente e absorve, na actualidade, grande parte da sua produção. O mercúrio encontra-se sob diferentes formas: elementar (Hg), orgânico (Ch3Hg+), compostos inorgânicos (Hg+ e Hg2+) e amálgamas, cada uma delas com aplicações específicas. As propriedades físicas únicas do mercúrio (estado líquido à temperatura ambiental, grande densidade, boa condutibilidade eléctrica) fazem dele um elemento essencial no domínio da instrumentação técnica e científica. Puro ou combinado com outros elementos (oxigénio, enxofre, cloro, nitrogénio, etc.), o mercúrio entra em muitos processos químicos (catalisador) e na constituição de vários produtos, nomeadamente nos sectores da medicina, da indústria farmacêutica, de armamento, nutrição, etc. O mercúrio tem muitas vantagens para a indústria e para a sociedade em geral mas é, por outro lado, extremamente tóxico para o Homem e seu ambiente. Embora a forma orgânica do mercúrio seja a mais perigosa, a sua forma elementar (metálica) não é inofensiva. Os seus vapores incolores, inodoros e extremamente tóxicos, facilmente libertados mesmo à temperatura ambiental, representam um risco importante para todos os que a eles estão expostos. A maioria dos compostos inorgânicos representam, também, riscos de intoxicação. Geralmente, o nível de intoxicação depende de vários factores, tais como a sua composição, quantidade, meio de absorção e a sensibilidade da pessoa contaminada. O estudo dos aspectos toxicológicos do mercúrio e dos seus compostos levaram ao desenvolvimento de medidas preventivas com a intenção de reduzir a exposição do ser humano a este metal. O. 12.

(13) objectivo principal destas medidas foi a redução do uso do mercúrio e o desenvolvimento de um sistema de protecção que permita reduzir o seu impacto em domínios onde não existem substitutos. A aplicação de tais medidas varia de acordo com a legislação vigente nos diferentes países. A presença de mercúrio nos museus que conservam objectos técnicos e científicos e nas coleções orgânicas, inicialmente tratadas com compostos de mercúrio, representa um perigo para o pessoal do museu e para o seu público. Contudo, estes objectos constituem em si um património raro que é necessário estudar e conservar. No âmbito deste projecto de pesquisa, a nossa atenção foi essencialmente focalizada nos problemas colocados pela presença de mercúrio nas colecções técnicas e industriais. A conservação deste tipo de património implica que se estabeleça um quadro de estratégias específicas, que devem envolver a colaboração entre os profissionais dos museus e as instituições envolvidas na gestão do mercúrio. O estudo do conjunto de rectificadores de vapor de mercúrio do Museu de Ciência e Indústria do Porto confirmou a presença de problemas importantes, sendo de destacar os riscos de intoxicação. A identificação de uma grande quantidade de mercúrio nas superfícies dos painéis eléctricos, nas poeiras existentes, e a presença de uma âmpola de vidro partida com mercúrio no seu interior foram consideradas formas de contaminação real. Estes dois casos levaram à realização de uma investigação mais profunda. A confrontação directa com estas problemáticas, que implicam métodos de gestão próprios, requer um trabalho pluridisciplinar que envolve conservadores, engenheiros especializados, peritos em poluição industrial e químicos, que realizem análises in situ e em laboratório. Ao longo do nosso trabalho foram efectuados exames e análises das amostras recolhidas e, com base nos resultados obtidos, foi possivel desenvolver uma estratégia de intervenção nos rectificadores de vapor de mercúrio. Esta permitiu a limpeza dos equipamentos visivelmente contaminados, evitar o risco de derrame de mercúrio e a conservação dos objectos inicialmente armazenados em condições inadequadas.. 1. INTRODUCTION. Depuis le 17e siècle et à cause de ses propriétés physiques et chimiques uniques, le mercure est utilisé pour de nombreuses applications techniques et industrielles (éclairage, instruments de mesure, appareillage à haute tension). La toxicologie de ce métal est également connue et étudiée depuis le Moyen Age, mais semble négligée tout au long de la Révolution industrielle pour ne revenir à l’ordre du jour qu’à partir de la deuxième moitié du 20e siècle. Le mercure est alors considéré comme une substance toxique et la diminution progressive de son utilisation dans le domaine technique devient une priorité. L’évolution technologique ainsi que la nécessité de substituts au mercure et aux appareillages l’employant amènent ce matériau ainsi que le matériel technique l’utilisant à devenir un patrimoine potentiel. Logiquement, la présence d’objets contenant du mercure dans les musées techniques et. 13.

(14) industriels engendre un risque non négligeable pour la santé de l’ensemble du personnel ainsi que du public. La toxicité du mercure est un sujet bien connu dans le secteur public et industriel et une législation plus au moins complète à ce sujet existe aujourd’hui dans de nombreux pays (Etats-Unis, Communauté Européenne). En ce qui concerne le domaine muséal, les études existantes sur le mercure portent principalement sur son utilisation antérieure en tant que pesticide, pour le traitement des objets de certaines collections. Le mercure présent dans l’appareillage technique est moins étudié mais pose de nombreuses questions à la fois techniques et éthiques. Les régulations concernant le mercure ont dû être adaptées aux problématiques posées du fait de la nécessité de maintenir sa présence au sein des collections. De nouvelles questions ont été soulevées tel que le problème du vieillissement sur le très long terme des contenants du mercure et la conservation des matériaux en contact avec ce métal. On l’aura compris, les collections techniques et industrielles comportant du mercure exigent une stratégie de conservation spécifique. Dans le présent travail, les informations historiques, techniques et toxicologiques existantes au sujet du mercure sont d’abord rassemblées. Une réflexion est ensuite menée, afin d’identifier les problématiques plus spécifiquement liées au domaine du patrimoine technique et industriel et la manière de les gérer. Cette réflexion permet également de voir dans quelles mesures les réglementations et recommandations issues du milieu industriel et public peuvent être appliquées aux objets de ce type de collection. L’étude de cas d’un ensemble de redresseurs à vapeur de mercure (Hackbridge & Hewittic) employés pendant plus de cinquante ans par le service des transports publics de Porto (Portugal) et faisant partie des collections du musée de la science et de l'industrie permet finalement d’étudier, d’une manière plus appliquée les problèmes pratiques rencontrés dans un musée. Ce cas pratique est également l’occasion d’étudier historiquement et techniquement ce type d’appareillage qui contient généralement des quantités importantes de mercure, qui a été couramment employé pendant le 20e siècle dans divers domaines de la technique et de l’industrie et que l’on retrouve dans de nombreux musées européens et extra-européens. Le travail effectué sur cet ensemble de redresseurs à vapeur de mercure est d’abord mené sous la forme d’une investigation permettant l’identification et l’évaluation des risques que le musée de la science et de l’industrie encourt du fait du stockage actuel de cet appareillage dans ses réserves. Ceci demande un travail d’observation sur la constitution même des objets et sur leur état de conservation qui implique la réalisation de recherches sur le plan international (informations spécifiques liées au mercure) ainsi que la collaboration avec certaines instances publiques locales (musées, matériel de laboratoire). Ce travail est mené à travers une approche pluridisciplinaire, afin de traiter le sujet de la manière la plus complète possible (problématiques de contamination, détection de fuite de mercure, aspect moral, etc.). Basée sur les connaissances acquises, une stratégie de conservation (interventions pratiques, conservation préventive, recommandations) est développée pour les objets concernés. Le but de cette stratégie est d’éliminer les problèmes existants relatifs à la présence de mercure, mais également de mettre en place un plan d’action préventif permettant de réduire le risque de contamination.. 14.

(15) 2. LE MERCURE : SON UTILISATION ET SA TOXICITE. 2.1. RAPPELS HISTORIQUES. L’utilisation du mercure remonte à plusieurs millénaires et est le résultat d’une longue évolution intégrant de nombreux domaines abordés par la suite. Les propriétés particulières de ce métal (aspect, état liquide à température ambiante, grande densité, toxicité 1 ) lui ont rapidement permis de devenir un objet de grande fascination auquel on a trouvé de multiples applications qu’on détaillera. Le chapitre suivant rassemble les données concernant la découverte du mercure ainsi que le développement et l’évolution des méthodes de production permettant l’utilisation de ce métal à une plus grande échelle. Les applications techniques et industrielles du mercure (instrumentation, industrie chimique, etc.) étant un des principaux centres d’intérêt de ce travail, elles seront développées dans le chapitre 2.3 Emploi du mercure dans le domaine de la technique et de l’industrie. Ce premier chapitre ne constituant pas un historique complet et détaillé du mercure, le lecteur pourra approfondir tel ou tel aspect en consultant l’ouvrage de Goldwater J. A. 2 ainsi que celui de McAulifte C. A. 3 , qui ont été les deux sources principales de notre recherche bibliographique. 2.1.1. DECOUVERTE. Les premières utilisations du mercure (terminologie employé à partir du 17e siècle 4 ) restent très imprécises, mais il semble qu’on le rencontre déjà à l’époque néolithique sous forme de sulfure (HgS – cinabre – minerai principal). Des traces de cinabre qui semble avoir été employé à l’époque comme pigment rouge et/ou produit de conservation, ont été identifiées sur des ossements datant de cette période en Italie (4000 av. J.-C.) et en Espagne (3000 av. J.-C.) 5 . Plus récemment, la présence de cinabre a été décelée dans diverses tombes et sites archéologiques 6 (Inde – 3000 av. J.-C., Grèce2000 av. J.-C., Chine – 1751-1112 av. J.-C., Egypte - 1300 av. J.-C.) et son emploi en chine pour la préparation des encres rouges (2ème millénaire av J.C.) 7 semble prouvé. Plus proche de nous encore, on trouve des traces d’utilisation du cinabre pour le tatouage des corps (prés-Incas : 200 av J.C.) 8 , pour la décoration d’objets, les peintures murales ou encore la préparation d’une peinture antifouling 9 (Miltos) employée dans la Grèce ancienne pour protéger les bateaux 10 . Les premières références écrites évoquant l’utilisation de mercure métallique semblent être attribuées à plusieurs auteurs connaissant tous les procédés de base d’extraction du mercure à partir de son minerai principal. 1. DUVAL, 1968, p5. 2. GOLDWATER , 1972. 3. MCAULIFTE, 1977. 4. DUVAL, 1968, p7. 5. PARSONS & PERCIEVAL, 2005, p7. 6. GOLDWATER, 1972, p75, 76, 73 et 79. 7. MCAULIFTE, 1977, p11. 8. GOLDWATER, 1972, p81. 9 10. LES MOTS EN SOULIGNE SONT DEFINIT EN ANNEXE 21 GOLDWATER ,1972, p77. 15.

(16) (cinabre) 11 : Théophraste (4e-3e siècle av. J.-C.), Vitruve (1er siècle av. J.-C.) et Discorides (1er siècle ap. J.-C.). Ceux-ci sont repris par la suite.. 2.1.2. METHODES DE PRODUCTION. 2.1.2.1 Petites exploitations Le principe de base d’extraction du mercure de son minerai est connu depuis l’Antiquité (3ème siècle av. J.-C). Théophraste semble être le premier à proposer un procédé basé sur la séparation par amalgamation : écrasement d’un mélange de cinabre et de vinaigre dans un mortier en cuivre 12 . Vitruve décrit quant à lui, dans Naturalis Historia (fin du 1er siècle av. J.-C.), une technique de séparation du mercure de son minerai sulfureux par chauffage 13 : chauffage (600-700°C) du minerai (cinabre) dans un four provoquant l’évaporation du mercure dont les vapeurs se condensent sur les parois de ce dernier (distillation). Les billes de mercure sont ensuite récoltées dans le fond du four et placées dans un récipient rempli d’eau afin de les recombiner. Pline l’Ancien et Discorides (1er siècle ap. J.-C.) connaissent et décrivent également ce procédé de distillation 14 . Il semblerait que le nom Hydrargyrum (argent liquide) soit mentionné par Pline pour du mercure distillé 15 . Aucune autre description ou amélioration n’existe concernant les procédés de production du mercure pendant les 1500 ans qui suivent et cette méthode restera le principe de base employé pour l’extraction du mercure.. 2.1.2.2 Exploitation à grande échelle Ce n’est qu’à partir du début du 16e siècle, avec le développement du procédé de traitement des minerais d’argent par amalgamation au mercure pour les mines de la Nouvelle Espagne (Mexique), que la demande concernant ce dernier métal s’accroît fortement 16 . Les exploitations minières pour l’extraction du mercure se multiplient et la production s’intensifie, ce qui pousse au développement de procédés d’extraction à grande échelle et plus performants. Ainsi, Vannucio Biringuccio (1480 – 1539) décrit dans Pirotechnia (1540), plusieurs infrastructures pour l’extraction du mercure qui reposent toutes sur la même méthode : la distillation 17 (fig.1a). Georgius Agricola décrit quant à lui, dans Re Metallica (1556), le procédé d’extraction du mercure à ciel ouvert 18 : les morceaux de minerai sont déposés dans de petits pots en terre cuite (base ronde), dont l’ouverture est scellée avec de la mousse (végétal), positionnés à l’envers dans un pot à base plate. Le tout est placé sur un feu provoquant l’évaporation du mercure (fig.1b). 11. MCAULIFTE, 1977, p4-5. 12. MCAULIFTE, 1977, p4. 13. MCAULIFTE, 1977, p4. 14. GOLDWATER, 1972, p49. 15. DUVAL, 1968, p6. 16. PARSONS & PERCIEVAL, 2005, p1-2. 17. GOLDWATER, 1972, p51-52. 18. PARSONS & PERCIEVAL, 2005, p1-2. 16.

(17) a. b. e Fig.1 – Descriptions schématiques de procédés d’extractions du mercure par distillation, employés au 16 siècle : méthodes d’extraction employant des pots en terre cuite comme four et chambre de condensation, décrites par Vannucio Biringuccio dans Pirotechnia (1540) (a) 19 et méthode d’extraction à ciel ouvert décrite par Agricola dans Re Metallica (1556) (b) 20. Les vapeurs se condensent dans la base arrondie du pot supérieur et le mercure liquide est ensuite récolté dans le pot inférieur. Agricola propose également quatre autres méthodes dans son ouvrage. Une seule de ces méthodes est réellement développée par lui-même et sera utilisée dans les mines d’Almaden (Espagne), plus grand site de production mondiale, jusqu’à la fin du 16e siècle 21 . La recherche pour l’obtention d’un meilleur rendement pour la production du mercure semble être initiée par Alvaro Alonso Barba (1569 – 1640), à travers son travail d’observation réalisé dans les mines d’argent de Pitosi (Bolivie) dans les années 1620 et 1630 22 . Barba est le premier à considérer que le coût d’un procédé chimique de production doit être pris en considération : carburant, matière première, travail, mais également usure matérielle. Les recherches de Barba semblent avoir favorisé l’apparition du premier type de four (connu sous le nom de Bustamonte) pour l’extraction du mercure, vraisemblablement développé en 1633 par le médecin Lopez Saavedra Barba des mines de mercure de Huancavelica (Pérou) et introduit dans les mines d’Almaden par Bustamonte en 1646 23 . A partir de là, deux types de fours différents sont développés : le four à cuve (Bustamonte (1646), Rodriguez (1896), Christy, Knox (1874-75), Hakner) est employé pour le minerai en morceaux et est constitué d’une cuve dont l’espace intérieur est vide (fig.2a) 24 et le four à réverbère (Huttner-Scott (1875), Germak-Spirek (1888), Léopold) qui permet de traiter le minerai préalablement broyé et est constitué. 19. PAR GOLDWATER, 1972, p51. 20. PAR AGRICOLA, 1556, p425. 21. GOLDWATER, 1972, p52. 22. MCAULIFTE, 1977, p15. 23. SCHNABEL, 1898, p256. 24. BOUCHONNET, 1911, p195, 215, 227. 17.

(18) d’une cuve munie d’une succession de plaques inclinées sur lesquelles le minerai s’écoule durant l’opération de grillage (fig. 2b) 25 .. a. b Fig.2 – Représentation schématique des deux principaux types de fours employés à partir du 17e siècle (a) et 19e 26 siècle . Four à cuve Bustamonte (a) : le minerai brut, chargé dans A par O est bloqué par la plaque Z qui est placée au dessus du foyer F. Les vapeurs de mercure, libérées par le chauffage du minerai, pénètrent par S dans les 12 tubulures de condensation T dont l’inclinaison permet au mercure de s’écouler jusqu’à la rigole R menant aux vases de récupération V. La chambre de condensation C permet aux vapeurs non condensées, amenées par les tubulures T’, de se condenser. Four Hütner et Scott (b) : le minerai, préalablement broyé, est introduit dans le four par A et dégringole sur une série de plaques P inclinées à 45°. Les vapeurs de mercure produites, grâce aux hautes températures régnant dans le four, sont acheminées dans les conduits C et C’, puis dans la tubulure R qui mène à la chambre de condensation Z, où le mercure sera récupéré.. Les divers fours développés et employés jusqu’à la fin du 19e siècle dans l’exploitation des mines de mercure sont décrits en détails dans l’ouvrage de Schnabel C., Traité Théorique et Pratique de Métallurgie, 1898. Dans le but d’augmenter la capacité de production et de réduire la main d’œuvre, des fours avec agitation mécanique (Herreshoff, Gould) sont ensuite mis au point dès le début de 20e siècle 27 . Jusqu’à nos jours, les procédés les plus employés pour la production du mercure reposent sur la succession de trois principales étapes : 1° Préparation du minerai : concassage et triage du minerai par lavage et flottaison. Parmi les nombreux minéraux contenant du mercure (liste en annexe 1), le cinabre (HgS) représente le principal minerai employé pour la production de ce métal 28 (fig.3). Parfois du mercure natif est associé (fig. 4).. 25. BOUCHONNET, 1911, p205, 226, 242. 26. Tiré de Schnabel, 1898, p256-257 - modifié par ©Tarchini. 27. PASCAL DIR., 1962, p442-442. 28. GOLDWATER, 1972, p32. 18.

(19) Durant les périodes de grande demande, la cordéroite (Hg3S2Cl2), la livingstonite (HgSb4S7) et le métacinabre (HgS) ont également été employés 29 .. 31. Fig.3 – Minerai de cinabre (HgS). 30. Fig.4 – Sphères de mercure natif sur minerai de cinabre. 2° Extraction du mercure (distillation): oxydation du soufre par chauffage du minerai (grillage) en présence d’oxygène à une température comprise entre 600 et 700°C selon :. HgS (s) + O2 (g) Æ Hg (g) + SO2(g). Le mercure est ainsi séparé par évaporation et par combinaison du soufre avec l’oxygène. On le récupère ensuite par condensation. D’autres procédés utilisant le fer (HgS + Fe Æ Hg + FeS) ou l’oxyde de calcium (4HgS + 4CaO Æ 4Hg + 3CaS + CaSO4) ont également été utilisés mais leur faible rendement ont limité leur application à grande échelle 32 . 3° Purification : aujourd’hui, ce procédé permettant d’éliminer les éléments indésirables (plomb (Pb), étain (Sn), zinc (Zn), bismuth (Bi) 33 , etc.) présents dans le mercure extrait, se fait par distillation sous vide (Gooch, Palmaer, Jäger) 34 . Cette opération permet d’obtenir du mercure d’une pureté supérieure à 99.99% 35 .. 29. SCOULLOS, 2001, p11. 30. WIKIPEDIA. 31. LEBEAUX. 32. AYLETT, 1975, p276. 33. DUVAL, 1968, p.16. 34. BOUCHONNET, 1911, p245. 35. AYLETT, 1975, p276. 1. 19.

(20) La purification du mercure était auparavant effectuée selon deux méthodes : -. Purification par voie humide : lavage du mercure dans l’acide nitrique dilué (HNO3), ce qui permettait d’éliminer les métaux plus oxydables que le mercure 36 .. -. Purification par voie sèche : procédé de distillation élaboré dans un appareil de laboratoire en verre spécialement développé pour cet effet.. De nombreux gisements de mercure ont été exploités, à plus au moins grande échelle, au niveau mondial. Parmi ces derniers, la mine d’Almaden (Espagne) est de loin la plus importante, autant au niveau de la quantité de mercure extraite que de la durée de l’exploitation. Exploitée à partir d’environ 430 av. J.-C., elle constitue la principale source de commerce du mercure à partir du 11e siècle 37 jusqu’à nos jours. La mine d’Idrija (Yougoslavie) en activité à partir de la fin du 15e siècle 38 représente également une source importante de mercure. Le site de Monte Amiata (Italie) est probablement déjà utilisé pendant la Préhistoire (source du cinabre trouvé sur des ossements du Néolithique), mais son exploitation ne semble prendre de l’importance qu’à partir du début du 20e siècle 39 . Les trois pays cités ci-dessus représentent, sans aucun doute, les trois plus grands sites de production de mercure en Europe, ainsi qu’au niveau mondial 40 . Comme autres gisements importants de mercure, on trouve la mine de Huancavelica au Pérou (1563), New Almaden au Etats-Unis (1834) et Nititowka en Ukraine (1879) 41 . La Chine et le Mexique représentent également d’importants producteurs de mercure 42 . Aujourd’hui, la plupart des mines de mercure sont fermées (tendance à réduire l’utilisation) et ce métal est extrait en tant que sous-produit découlant de l’exploitation des mines d’autres métaux (or, argent, plomb, cuivre, zinc) dont les minerais contiennent également du mercure 43 . En 2002 la production totale (primaire et recyclage) de mercure est de 2016 tonnes (Almaden 37%, Kyrgygstan 30%, Algérie 15% et Chine 12%) 44 . La figure 5 (p20) illustre les variations de la production mondiale de mercure entre le 16e et le 20e siècle. Ce graphique démontre que la plus grande production de mercure représente la période de la 2ème guerre mondiale ainsi que celle postérieure à la Révolution industrielle. Aujourd’hui, la présence de mercure sur le marché mondial provient essentiellement de : l’exploitation minière du mercure, l'exploitation (sous-produit) minière et raffinage d'autres métaux (or, zinc) ou minéraux, des stocks privés ou publiques ainsi que du recyclage du mercure récupéré à partir de produits usagés et de déchets industriels 45 . 36. AYLETT, 1975, p276. 37. GOLDWATER, 1972, p61. 38. GOLDWATER, 1972, p42. 39. GOLDWATER, 1972, p37-38. 40. MINISTERE DE L'ÉCONOMIE, DES FINANCES ET DE L'INDUSTRIE, 2005. 41. MINISTERE DE L'ÉCONOMIE, DES FINANCES ET DE L'INDUSTRIE, 2005. 42. GOLDWATER, 1972, p39. 43. MINISTERE DE L'ÉCONOMIE, DES FINANCES ET DE L'INDUSTRIE, 2005. 44. PARSONS & PERCIEVAL, 2005, p5. 2. 45. UNEP CHEMICALS, 2002. 20.

(21) Fig.5 – Représentation graphique de la production de mercure entre l’année 1500 et l’année 2000, au niveau mondial ainsi que pour les deux plus grands sites de production au monde (Almaden et Idrija) 46. 2.1.3. PREMIERES UTILISATIONS. 2.1.3.1 Applications pratiques La capacité d’amalgamation du mercure avec d’autres métaux est certainement une des premières propriétés employées. Parmi les applications pratiques du mercure, on trouve la purification de l’argent puis de l’or (Pline l’Ancien (23 – 79 ap. J.-C.) décrit une méthode de purification de l’or et de dorure pour cuivre et argent employant du mercure) ainsi que la fabrication de miroir par dépôt d’un amalgame d’étain et de mercure sur une plaque de bronze (Chine – 2e Siècle av J.-C.) 47 . Toujours dans l’Antiquité, le fait que le mercure se présente à l’état liquide à température ambiante et possède une grande densité permet son emploi dans le fonctionnement de clepsydres et de sphères armillaires (chine – 2e Siècle av. J.-C.) 48 . Durant le Moyen Age, le mercure est également employé dans divers objets mécaniques, dont les plus réputés semblent être l’horloge à mercure (1275) d’Alphonse X (Roi des Romains) dont une description complète est présentée dans le « Libro del Relogio dell Argen Vivo » (Livre de l’horloge du vif argent) 49 . Cet ouvrage mentionne également l’utilisation du mercure comme source de mouvement pour un astrolabe. Cependant, ces pièces restent des objets de curiosité et il faut attendre l’invention du thermomètre (∼ 1610) et du baromètre (1644) 50 pour que le mercure joue un rôle prédominant dans le domaine de l’instrumentation scientifique. A partir de cette période, ce métal est de plus en plus employé et connaît de nombreuses applications scientifiques et 46. PARSONS & PERCIEVAL, 2005, p3. 47. GOLDWATER, 1972, p80. 48. GOLDWATER, 1972, p81. 49. GOLDWATER, 1972, p87. 50. GOLDWATER, 1972, p108,-110. 21.

(22) industrielles qui seront détaillées dans le chapitre 2.3 Emploi du mercure dans le domaine de la technique et de l’industrie. 2.1.3.2 Des hypothèses alchimiques à la chimie moderne Au-delà de ses applications pratiques, le mercure joue un rôle important dans le développement de nombreuses théories scientifiques et philosophiques, ceci depuis l’Antiquité. En alchimie, art ésotérique qui plonge ses racines dans la plus lointaine Antiquité de la plupart des continents et est considéré comme l’ancêtre de la chimie moderne, le mercure représente un des trois principes métaphysiques (soufre, sel, mercure). 51. et est considéré comme le composant primaire de tous les. métaux 52 . Le mercure semble être aussi l’élément clef dans la quête de la Pierre Philosophale, quête antique autant spirituelle que pratique, qui consistait à trouver la recette de l’obtention de l’or à partir de métaux communs 53 . Le mercure fait également partie des éléments employés dans la recherche pour la préparation de l’Elixir de la vie (accès à l’immortalité), autre quête alchimique que l’on retrouve en Chine dans l’Antiquité 54 . La théorie alchimique des trois éléments – tout corps est composé de mercure, soufre et sel largement adoptée par Paracelse (1493 – 1541). 55. et ses successeurs représente un des derniers. e. principes énoncés. Durant le 17 siècle, le mercure est encore considéré d’un point de vue mystique par les théoriciens chimistes et personne n’est capable de le définir réellement. Un des premiers événements clef de la nouvelle théorie de l’élément semble être lancé par Johann Baptista van Helmont (1579 – 1644) qui, refusant le concept de Paracelse, démontre le principe de l’indestructibilité de la matière 56 . Van Helmont porte à ébullition une solution de mercure et d’acide sulfurique qui forme un précipité à partir duquel le mercure originel peut être quantitativement récupéré. Le début de la Révolution menant aux fondements de la chimie moderne a lieu avec Robert Boyle (1627 – 1691) qui publie, dans Sceptical Chymist (1661) sa propre définition de l’« élément »: « Those primary and simple bodies of which the mixed ones are said to be composed, and into which they are ultimately resolved ». 57. . Boyle semble utiliser les propriétés du mercure pour confirmer ses arguments. Les. premiers principes de la chimie moderne sont réellement établis avec la découverte de l’oxygène à la fin du 18e siècle, découverte qui débute avec plusieurs recherches réalisées sur l’étude des gaz. Ainsi, Stephen Hales (1677 – 1761) développe une technique lui permettant de mesurer la pression d’un gaz 58 : un petit pois fermenté est placé sur la surface d’une certaine quantité de mercure placé dans une bouteille à l’intérieur de laquelle est introduit et scellé (par le goulot) l’extrémité d’un tube de verre. Les gaz produits par la fermentation du petit pois provoquent ainsi l’ascension du mercure dans. 51. Wikipedia. 52. 2. PARSONS & PERCIEVAL, 2005, p5. 53. MCAULIFTE, 1977, p7. 54. MCAULIFTE, 1977, p11-12. 55. GOLDWATER, 1972, p95. 56. GOLDWATER, 1972, p95. 57. GOLDWATER, 1972, p95. 58. GOLDWATER, 1972, p100. 22.

(23) le tube en verre. Ce principe de base est ensuite employé par Henry Cavendish (1731 – 1810), puis par Gay-Lussac (1778 – 1850) pour leurs études sur les gaz 59 . Dans sa découverte de l’oxygène en 1774, Joseph Priestley (1733 – 1804) utilise ce principe pour récolter l’oxygène qu’il parvient à produire à travers le chauffage d’oxyde de mercure rouge 60 . Le nom « oxygène » est finalement donné par Antoine Laurent Lavoisier (1745 – 1794) qui reprend l’expérience de Priestley et la publie dans Easter Memoire, en 1775 61 . Lavoisier serait également le premier à désigner le mercure en tant qu’élément. L’histoire de l’oxygène n’est qu’un des exemples de recherches où le mercure joue un rôle prédominant. On retrouve également le mercure, principalement sous sa forme métallique, dans les recherches effectuées dans le domaine de la physique et de l’électricité. Généralement, le métal est employé tel quel ou comme élément principal dans divers instruments de laboratoire. Vitruvius (1er siècle av. J.-C.) compare le comportement d’une pierre de 100 pounds (environ 45 kg) et d’un morceau d’or (1,3 g) sur un bain de mercure et énonce ainsi le premier principe sur la gravité des corps 62 . Robert Boyle (1627 – 1691) emploie le mercure pour effectuer les mesures relatives à la pression nécessaires à l’énoncé de sa loi 63 . Robert Hooke’s (1635 – 1703) emploie le mercure dans ses activités expérimentales relatives à la capillarité, la réflexion et la réfraction de la lumière 64 et Joseph Black (1728 – 1799) dans ses expériences menant au concept de la chaleur latente et de la chaleur spécifique 65 . Thomas Graham (1805 – 1869) utilise un instrument pneumatique contenant du mercure ainsi qu’une pompe à mercure pour énoncer sa loi sur l’équivalence mécanique de la chaleur 66 . James Prescott Joule (1818 – 1889) étudie la chaleur développée par la friction du mercure pour définir la notion de température critique 67 . Dans le domaine plus spécifique des recherches élaborées sur l’électricité, le mercure est également utilisé pour ses bonnes propriétés conductrices. Ohm emploie ainsi des contacts électriques au mercure pour l’appareillage permettant d’énoncer sa loi 68 . Ceci ne représente que quelques exemples illustrant le rôle que joue le mercure dans la recherche scientifique et le développement de nombreux principes et de nombreuses lois.. 2.2. PROPRIETES. Ce chapitre a pour objectif l’étude des propriétés physiques et chimiques du mercure ainsi que de ses composés. Ces données sont nécessaires à la compréhension des problématiques pratiques de conservation – restauration et de toxicologie abordées par la suite.. 59. GOLDWATER, 1972 p100. 60. MCAULIFTE, 1977, p19. 61. MCAULIFTE, 1977, p19. 62. GOLDWATER, 1972, p78. 63. GOLDWATER, 1972, p96. 64. GOLDWATER, 1972, p97. 65. GOLDWATER, 1972, p100. 66. GOLDWATER, 1972, p105. 67. GOLDWATER, 1972, p123. 68. GOLDWATER, 1972, p124. 23.

(24) 2.2.1. DEFINITION. L’élément mercure, de symbole Hg, est un métal et appartient à la 12ème période du tableau périodique des éléments. Il est également rattaché à la catégorie des métaux lourds, dont l’usage est de plus en plus réglementé à cause de leur faculté a s’accumuler dans notre environnement et leurs effets toxiques sur la santé humaine (principalement le système nerveux). Le mercure fait partie des trois métaux à être liquide à température ambiante avec le Césium (Cs) et le Gallium (Ga) 69 , mais est le seul à se trouver dans cet état de la matière au point de congélation 70 . Ce métal est généralement désigné par le mot « mercure » en français, « mercury » en anglais, ou « Quiksilber » en allemand. D’autres désignations sont plus rarement employées : métal liquide (liquid metal), vif argent (quik sylver), argent liquide (liquid sylver), hydrargyre (dérivé du Latin hydrargyrum, racine du symbole Hg). Le mercure peut être présent sous trois formes différentes, selon qu’il se trouve seul ou combiné avec d’autres éléments :. -. Le mercure élémentaire : forme métallique du mercure, à l’état liquide à température ambiante, d’aspect argenté et dont la surface réfléchit comme un miroir.. -. Les composés du mercure : composés résultant de la combinaison du mercure élémentaire avec d’autres éléments (carbone, oxygène, soufre, chlore, etc.).. -. Les amalgames : alliages métalliques résultant de la combinaison directe du mercure avec d’autres métaux.. 2.2.2. MERCURE ELEMENTAIRE. 2.2.2.1 Propriétés physiques Une des principales caractéristiques physiques du mercure est son bas point de fusion (-38,87°C) 71 , ce qui lui donne la particularité d'être le seul métal à l’état liquide à 0°C 72 . Sa masse volumique élevée (13.534 g/cm3 à 25°C) 73 en fait un matériau difficilement manipulable même pour de faibles quantités. A titre d’exemple, cinq litres de mercure pèsent un peu moins de 70 kg. Le mercure est également le liquide qui comporte la tension superficielle la plus élevée (0.487 N/m) 74 , soit environ sept fois plus que celle de l’eau. Cette particularité donne au mercure la capacité de ne pas mouiller les surfaces avec lesquelles il entre en contact et de se diviser en billes de plus ou moins petites dimensions (parfois microscopiques) lorsqu’il est renversé ou étalé (fig.6). En effet, l’angle de raccord d’une goutte de mercure avec le verre étant de 41°, cette dernière se comporte pratiquement comme une sphère (angle de raccord = 45°), mais de nature déformable et divisible, puisque qu’elle se trouve à l’état liquide 75 . 69. WERNER MEYER AG. 70. BIDSTRUP 1964, p2. 71. RISHER, 2003, p5. 72. RISHER, 2003, p5. 73. RISHER, 2003, p5. 74. DUVAL, 1968, p28 - 29. 75. DUVAL, 1968, p28. 24.

(25) Fig.6 - Gouttes de mercure de dimensions variables étalées sur une surface en verre. 76. Le mercure comporte également la particularité de produire des vapeurs inodores et incolores, même à une température de -40°C 77 . Sa tension de vapeur (0.3 Pa à 25°C) 78 , relativement faible pour un liquide mais plutôt élevée pour un métal, démontre que sa vaporisation est plutôt lente à température ambiante. En comparaison, l’eau possède une tension de vapeur de 2337 Pa. Cependant, la vitesse de vaporisation du mercure est considérée comme extrêmement rapide en comparaison avec d’autres métaux. La tendance à la vaporisation augmente avec la température : à 40°C, la valeur de la tension de vapeur du mercure est de 0.81 Pa, soit environ trois fois plus élevée qu’à 25°C 79 . La vitesse de vaporisation du mercure pour une température de 20°C est de 7 μg par cm2 de mercure par heure 80 . Plus la surface de mercure est grande, plus la quantité évaporée est importante. La division du mercure métallique en petites gouttelettes contribue fortement à l’augmentation de la surface exposée. Par exemple, 1 ml de mercure réparti en billes de 10 μm représente une surface de 0.6 m2 81. . Les concentrations de valeurs saturantes pour les vapeurs de mercure, c’est-à-dire la quantité. maximum de vapeur de mercure que peut contenir un espace défini, augmentent également avec la température : 2.17 mg/m3 (0°C), 13.18 mg/m3 (20°C), 29.46 mg/m3 (30°C) et 62.44 mg/m3 (40°C) 82 . Dans la pratique, pour autant que le mercure ne soit pas remué, il se recouvre d’une fine couche d’oxyde qui le protège, mais qui a également la faculté de limiter sa vaporisation 83 . La valeur de la. 76. © TARCHINI. 77. BOUCHONNET, 1911, p249. 78. RISHER, 2003, p5. 79. DUVAL, 1968, p29. 80. INTERNET. 1. 81. INTERNET. 2. 82. INRS, 2003, p8. 83. INTERNET. 3. 25.